Obrabotka Metallov 2014 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (64) 2014 90 ТЕХНОЛОГИЯ УДК 621.923+621.785 АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАТЕРИАЛА ПРИ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ НАГРЕВЕ ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ* В.Ю. СКИБА, канд. техн. наук, доцент В.Н. ПУШНИН, аспирант И.А. ЕРОХИН, аспирант Д.Ю. КОРНЕВ, магистрант ( НГТУ, г. Новосибирск ) Поступила 23 июля 2014 Рецензирование 21 августа 2014 Принята к печати 29 августа 2014 Скиба В.Ю. – 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет, e-mail: skeeba_vadim@mail.ru Для повышения эксплуатационных свойств деталей машин все большее распространение получают ме- тоды модифицирования поверхностных слоев деталей с использованием концентрированных источников энергии, обеспечивающих высокие скорости нагрева – порядка 10 4 …10 5 o C/с. Вследствие чего достаточно за- труднительно экспериментальное определение значений параметров термических циклов, необходимых для прогнозирования требуемой величины и характера распределения остаточных напряжений и деформации. В работе решается задача численного моделирования напряженно-деформированного состояния материала при высокоэнергетическом нагреве токами высокой частоты (ВЭН ТВЧ). Построение конечно-элементной модели происходило в программных комплексах ANSYS и SYSWELD, использующих численные методы решения дифференциальных уравнений нестационарной теплопроводности (уравнение Фурье), диффузии углерода (2-й закон Фика) и упругопластического поведения материала. Верификация результатов модели- рования осуществлялась проведением натурных экспериментов с применением: оптической и растровой микроскопии; механического и рентгеновского методов определения остаточных напряжений. Установлено, что в рассматриваемом диапазоне изменения технологических режимов ВЭН ТВЧ уровень остаточных сжи- мающих напряжений на поверхности детали может достигать значений –500…–1000 МПа. Теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что величина переходного слоя должна составлять 25…33 % от глубины упрочненного слоя, что обеспечивает смещение пика растягивающих напряжений в более глубокие слои материала при уменьшении величины сжимающих напряжений на поверхности в пределах 6…10 %, исключая при этом вероятность появления закалочных трещин. Ключевые слова: высокоэнергетический нагрев, индукционная закалка, метод конечных элементов, на- пряженно-деформированное состояние, остаточные напряжения, поверхностный слой. _______________ * Работа выполнена при финансовой поддержке проекта, выполняемого в рамках гранта РФФИ в 2014 г. и в плановом периоде в 2013–2015 гг. Номер проекта 13-08-01102 А.